现代测量技术与误差分析报告

1、现代测量技术与误差分析(操作)本文根据运行要求设计了数据采集和输出控制电路。经过分析，选择了常用的8位处理器89C51作为处理器。由于设计任务需要采集两个压力传感器信号，输出端也需要控制两个电机，而设计所需的模数转换器和数模转换器芯片只提供一个通道，因此需要增加多通道控制开关来实现分时采集和控制，以降低设计成本。此外，为了提高实验精度，本设计还增加了滤波放大电路。1.实验任务和要求输入：两个通道1.压力传感器范围：0 100公斤；2.传感器灵敏度：0.01千克；3.传感器分辨率：0.01Kg；4.传感器信号输出频率：1000赫兹；5.测试系统的工作范围：0 50公斤；6.测试过程中有高频干扰；

2、7.测试系统的工作温度范围为-40 60。8.传感器输出采用电流输出：4-20mA标准电流输出输出：两个通道9.电机要求的驱动电压：-10伏 10伏；10.电机所需驱动电流：100毫安；11.测试系统的工作温度范围：-40 60；要求：1.用AD976设计了完整的数据采集和输出控制电路；作为模数转换器；AD669用作数模转换器2.每个通道的测控周期为5毫秒；3.详细说明采集电路的设计依据；4.可不指定中央处理器的型号，采集电路与中央处理器之间的接口以原理图的形式表示；5.给出采集电路中使用的所有元件的具体型号和参数，以及需要考虑的主要指标；6.提供主要部件的规格；7.给出模数转换器和数模转换器

3、的驱动器。2.总设计该设计任务需要两个部分：信号采集和输出控制。数据采集传感器的输出信号为40毫安的电流信号，带有高频噪声干扰。图1总体设计框图3.数据采集电路根据实验任务的要求，需要采集两个压力传感器输出的电流信号，采集的信号有高频噪声干扰。根据设计要求，传感器输出的电流信号应经过信号调理、放大和滤波，然后进行a/d转换并存储在CPU中。1.信号调节模块该设计需要收集两个压力传感器输出的电流信号，而所提供的AD976芯片仅提供单通道输入。为节省设计成本，在满足设计任务要求的情况下，采用多路模拟开关CD4066控制输入输出的选择。CD4066是一个双向模拟开关，集成电路中有四个独立的模拟开关，

4、可以控制数字和模拟信号的传输。每个开关都有一个输入端和一个输出端，它们可以互换使用，并且还有一个门控端(也称为控制端)。当选通端子处于高电平时，开关接通；当栅极端子处于低电平时，开关关闭。使用时，门控终端不允许悬空。图2 cd4066的引脚连接四个开关由四个控制信号控制。本设计的数据采集部分需要两个通道。选择西南航空公司和西南航空公司进行数据采集。两个传感器的输出信号分别连接到引脚1和4，引脚2和3连接到后续处理电路。收集的信号由控制甲、控制乙引脚控制。剩下的两个控制开关SWC、swd、SWD可用于输出控制模块。根据提供的信息，传感器信号的输出频率为1000赫兹，测试过程中存在高频噪声干扰，因

5、此有必要对传感器采集的信号进行滤波，截止频率为1000赫兹。此外，压力传感器的测量范围为0 100公斤；测试系统的工作范围为0 50公斤。为了充分利用模数转换器的转换范围，提高转换精度，需要对传感器的输出信号进行两次放大。因此，本设计需要设计一个截止频率fc=1KHz、通带电压放大系数Auo=2的低通滤波器电路。设计电路如图3所示。图3低通滤波和放大电路传递函数为AuS=Auoc2s2 cQ*s c2 (1)带内电压放大系数Auo=1 R4R3 (2)其中，c是截止角频率，c=2*fc (3)Fc是通带截止频率，q是品质因数。同时，为了减少输入偏置电流及其漂移对电路的影响，R1R2=R3/R4

6、(4)品质因数Q=0.707，截止频率fc=千赫，C1=0.01F，电压放大Auo=2，我们可以计算出R1=5.63千，R2=11.25千，R3=R4=33.76千，C1=C2=0.01 f。信号经过滤波放大后，输出电流信号为420mA，需要转换成电压信号进行后续处理。在本模块中，我们直接使用国际标准化组织电磁系列DC(电压/电流)信号隔离放大器，型号为国际标准化组织电磁-A4-P1-O10，信号输入：4-20mA；信号输出：0-10v。辅助电源：24V。结构如图4所示：图4电流/电压转换芯片2个模数转换模块压力传感器的输出信号经调理、滤波放大后，转换成0-10V的电压信号，该电压信号需要进行

7、模数转换后送至处理器进行数据处理。根据设计要求采用AD976模块。AD976/AD976A是一款16位逐次逼近型模数转换器。与8位和12位模数转换器相比，16位模数转换器在精度较高时能更好地满足设计要求。AD976/AD976A是一款高精度、高速、低功耗的16位模数转换器，由的模拟器件推出。基于逐次逼近原理的5V单电源；单通道输入；输入电压范围/-10v。采样速率为100KSPS，足以满足测控周期的设计要求。当该芯片的满量程为4 VREF(VREF=2.5V)时，输入范围为10V。传输特性如下：输入FSR-1LSB输出7FFF中间电平1LSB 0001中间电平0000中间电平- 1LSB 00

8、01-FSR 1LB 8001-FSR 8000AD976有两种转换模式。在第一转换模式中，CS引脚固定在低电平，转换时序由R/C信号的负跳变控制，信号的脉冲宽度至少应为50nS。当R/C变为低电平并延迟t3时，BUSY信号将变为低电平，直到转换完成。转换后，移位寄存器中的数据将被新的二进制补码数据更新。这种模式下的采样速率可由遥控信号的负脉冲间隔决定。在第二转换模式中，控制信号用于控制输出数据的转换和读出过程。在这种模式下，R/C信号的下降沿必须在CS脉冲(脉冲宽度40纳秒)之前至少10纳秒发送到模数转换器的输入引脚。一旦这两个负脉冲到达并延迟t3，BUSY信号将变为低电平，直到转换完成，B

9、USY信号将返回最高8 us(100 ksps)的高电平。此时，转换结果的D0 D15上的数据有效。我们使用模式2进行广告转换。要开始转换，AD976/AD976A首先需要将/CS信号设为低电平，然后r/c信号的下降沿使内部采样/保持单元进入保持状态并开始转换。信号在转换开始时变为低电平，并在转换结束前保持低电平。当/BUSY信号变为高电平时，表示转换已结束，的上升沿可用于锁存输出数据。此时，通过将R/C设置为高电平，转换结果可以输出到数据总线，并且数据可以有效地获得。当BYTE为低电平时，高8位从D15 D8输出，低8位从D7 D0输出。当字节为高时，情况正好相反。高八位从D7 DO输出，低

10、八位从D15 D8输出。本实验采用AT89C51单片机作为中央处理器。为了节约成本和减少端口扩展芯片的使用，只使用P0端口作为数据输出。因此，本设计将MCU的P0端口连接到AD976的D7-D0端口，通过控制BYTE位电平，控制先采集高位8位数据，再采集低位8位数据，然后将两组数据合并成16位数据。数据采集模块的总体设计如图5所示。图5数据采集模块设计微控制器通过端口P15和P16控制采集信号属于哪个通道。在正常工作条件下，只允许打开一个通道。采集完成后，相应的引脚需要设置为零。P1.0引脚用于接收AD976的反馈信号。当引脚接收到低电平信号时，表示模数转换结束。单片机芯片通过P0端口接收数据

11、，P2.0引脚连接到模数转换器芯片的BETY端，控制接收高位8位数据还是低位8位数据。4输出控制电路微控制器输出数字信号，数字信号由数模转换器转换成模拟信号，然后由电压放大驱动。但是，本实验要求电机的驱动电压应为-10 V 10 V，而DA模块AD669的输出电压可以选择为-10 V 10 V，正好满足电机驱动的要求。AD669是一款完整的16位单芯片数模转换器，内置片内基准电压源和输出放大器。它采用ADI公司的BiMOS II工艺制造，可在同一芯片上实现高精度双极性线性电路和低功耗的CMOS逻辑功能。AD669芯片内置电流开关、解码逻辑、输出放大器、嵌入式齐纳基准电压源和多个双缓冲锁存器。该

12、器件的架构确保整个温度范围内的15位单调性。积分非线性保持在0.003%，微分非线性的最大值为0.003%。片内输出放大器可使电压输出在10 s内达到1/2 LSB(满量程步进)。数据以并行16位格式载入AD669。双缓冲锁存器结构不仅可以消除数据偏斜误差，还可以更新多数模转换器系统中的每个数模转换器。三个TTL/LSTL/5V互补金属氧化物半导体兼容信号控制下列锁存器：控制系统、L1和LDAC。AD669的输出范围可以通过引脚编程设置为0 V至10 V单极性输出范围或-10 V至10 V双极性输出范围，并采用28引脚密封cerdip封装。AD669需要16位输出，因此我们增加了一个8位数据锁

13、存器74LS373。首先，低8位通过P0端口输入锁存器，高8位输出，锁存器输出开启，16位信号发送至AD669模块进行da转换。电路图如图6所示：图6输出控制电路5模数转换器和数模转换器驱动器数据采集模块驱动程序：#包括#包括Sbit IN976=P1.0/用于判断转换是否结束。Sbit T0=P1.5/切换第一个频道Sbit T1=P1.6/切换第二个频道#定义HDATA XBYTE0x7E00/数据高8位读取地址#定义LDATA XBYTE0x7F00/数据低位8位读取地址#定义ADCOM XBYTE0x7F00/开始转换控制字内部读取AD976(无效) int adT0=1。T1=0；/

14、获取第一个压力传感器的输出信号无符号字符hdata，ldataADCOM=0；/开始转换while(！in 976)；/转换完成后hdata=HDATA/保存高8位数据ldata=LDATA/保存较低的8位数据ad=(hdata 8)ldata；/转换为16位数据退货(ad)；输出控制电路数模转换器驱动器：#包括#包括#定义DAC 669 XBYTE0xbf 00/数模转换地址Sbit时钟P1.7/控制锁存器int hdata，ldata/高和低8位数据int WRITE AD669(int HDATA，int LDATA) P0=HDATA/高8位数据发送到P0端口时钟=1；/74LS373锁存高8位数据，并将它们发送到AD668的高8位DAC669=LDATA/发送低八位数据并开始转换参考1张国雄。测量和控制电